深入Java，初探JVM
走進JVM，淺水也能捉魚!
這不是一篇描述jvm是什么的文章，也不介紹jvm跨平臺的特性，也不是講述jvm安全特性的文章，更不是講解jvm指令操作，數據運算的文章， 本文重點講述 類型的生命周期。
類型的生命周期涉及到： 類的裝載、jvm體系結構、垃圾回收機制。
為什么要講jvm體系結構? 因為類的裝載和垃圾回收機制都和jvm體系結構息息相關。
那么什么是jvm體系結構呢?
當jvm運行起來的時候，它會向系統(tǒng)申請一片內存區(qū)(不同的jvm實現可能不同，有些可以使用虛擬內存)，將這塊內存分出一部分存儲許多東西，例如：程序創(chuàng)建的對象，傳遞給方法的參數，返回值，局部變量等等，我們將這塊內存稱之為“運行時數據區(qū)”， 運行時數據區(qū)可以劃分成方法區(qū)、堆、java棧、pc寄存器、本地方法棧。
看到上面這幅圖，和這些解說你可能大概的明白jvm 體系是個啥樣子，但是你或許還不了解運行時數據區(qū)里面方法區(qū)等用來干嘛的。
- 方法區(qū)：當虛擬機裝載一個class文件的時候，它會從這個class文件包含的二進制數據中解析類型信息。然這些類型信息放到方法區(qū)中。因為方法區(qū)是被所有線程共享的，所以必須考慮數據的線程安全。假如兩個線程都在試圖找lava的類，在lava類還沒有被加載的情況下，只應該有一個線程去加載，而另一個線程等待。
- Pc寄存器：每個新線程產生都將得到自己的pc寄存器以及一個java棧幀。
- 堆：存放程序運行時產生的所有對象。堆是一個線程共享的內存區(qū)，所以我們寫多線程程序的時候需要考慮并發(fā)。
- Java棧：java棧由許多棧幀組成的，如圖，當一個線程調用java方法時，虛擬機壓入一個新的棧幀到java棧中，當方法返回的時候，這個棧幀被從java棧彈出并被拋棄。
那么現在你應該可以想象到一些jvm是怎么工作的了，是不是應該接著講具體工作原理了呢?。但是不急，先了解下類的裝載機制。
了解類的裝載機制之前先了解jvm里面的類裝載器：Bootstrap Loader、ExtClassLoader 、AppClassLoader;
ExtClassLoader (負責裝載jre下面的rt.jar, charsets.jar)和AppClassLoader(負責轉載classpath下面的類包)是ClassLoader(抽象類)的子類;
Bootstrap Loader(負責裝載jre核心類庫)是根裝載器是c/c++寫的在java里面看不到它。
這三個類裝載器存在父子關系， 根裝載器是 ExtClassLoader父裝載器，ExtClassLoader是AppClassLoader父裝載器;
Jvm中類的裝載也是安全機制沙箱模型的***道門檻。 Java裝載類使用“雙親委派模式”—即全盤負責委托機制。
好現在讓我們了解裝載大概流程;
當裝載一個類的時候，若是由用戶指定一個類裝載器裝載的話，那么那個類裝載器會先委派給父類裝載器，一直委派到根裝載器，如果裝載的是一個 java.lang.String，由于它是核心類庫的而且已經被裝載過了，那么就會直接返回一個class對象，那么如果是一個根裝載器找不到的類呢?接著就會交給子類(下一級父類)裝載器，如果還是沒有找到類文件，接著就會由之前用戶指定的那個類裝載器裝載。(這里沒有說明裝載超類的過程，請勿疏忽)。
如果是有人惡意的寫了一個基礎類java.lang.String，那么會影響虛擬機嗎? 不會因為這個類最終會交由根裝載器裝載，而根裝載器只會去jre核心類庫加載，最終返回的class類型并不是 用戶寫的String，而且系統(tǒng)自帶的String，也就是說用戶寫String永遠不會被加載。
了解了類裝載器是怎么工作了之后，我們也需要了解下class文件格式;
- The ClassFile Structure
- ClassFile{
- u4 magic; //魔數
- u2 minor_version; //class 次版本號
- u2 major_version; //class 主版本號
- u2 constant_pool_count; //常量池計數
- cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; //常量池
- u2 access_flags; //修飾符
- u2 this_class; /常量池索引
- u2 interfaces_count;
- u2 interfaces[interfaces_count];
- u2 fields_count;
- field_info fields[fields_count];
- u2 methods_count;
- method_info methods[methods_count];
- u2 attributes_count;
- attribute_info attributes[attrributes_count];
- }
我們需要了解的有很多，但是我們難以理解的就是 cp_info constant_pool 常量池;
一個常量池里面有很多表
- CONSTANT_Utf8 UTF-8編碼的Unicode字符串
- CONSTANT_Integer int類型的字面值
- CONSTANT_Float float類型的字面值
- CONSTANT_Long long類型的字面值
- CONSTANT_Double double類型的字面值
- CONSTANT_Class 對一個類或接口的符號引用
- CONSTANT_String String類型字面值的引用
- CONSTANT_Fieldref 對一個字段的符號引用
- CONSTANT_Methodref 對一個類中方法的符號引用
- CONSTANT_InterfaceMethodref 對一個接口中方法的符號引用
- CONSTANT_NameAndType 對一個字段或方法的部分符號引用
這些表結構我也不解釋了
如果對class文件不夠了解也沒什么關系，知道個大概也行。那么我們了解了 jvm體系，類裝載器工作流程，那么我們細看下 類裝載器工作中 ，jvm運行時數據區(qū)的變化，方法區(qū)里面的結構等等。
在類裝載的過程中， 每一個類裝載器都會在方法區(qū)里面形成一張表，這張表記載著該裝載器和對應的類的權限定名。沒這么一張表就形成了jvm內部的命名空間。同時在方法區(qū)里面還該類的常量池等信息。
那么說到這些，其實這個過程還是很模糊，而且很多知識也落下了，那么我們現在看一個詳細一點的裝載過程。
當裝載一個普通的類的時候，即調用類裝載器的loadClass方法, 如果希望裝載的類還沒有被裝載到命名空間，那么jvm會傳遞一個該類型的全限定名給類裝載器，也就是常量池CONSTANT_Class_info(該表存儲著父類、類裝載器等信息)入口的裝載器，來試圖裝載被引用的類型，如果發(fā)起引用的類型是被jvm裝載器定義的，那么由jvm類裝載器裝載，否則由用戶自定義裝載器裝載，那么一旦被引用的類型被裝載了，jvm仔細檢查它的二進制數據，如果類是是一個類，并且不是java.lang.Object。 jvm根據數據得到它的全限定名進行裝載(遞歸的應用了)這個過程還需要遞歸超接口。
裝載差不多講完了，一個完整的過程 是： 裝載—連接---初始化
那么連接和初始化就一帶而過了， 重點放在垃圾回收。
連接的過程主要是驗證(確認類型符合java語言的語義，并且它不會危及虛擬機的完整性)、準備(java 虛擬機為類變量分配內存，設計默認初始值)、解析(在類型的常量池中尋找類、接口、字段和方法的符合引用，把這些符號引用替換成直接引用的過程)。
初始化的時候，如果類存在直接超類，且超類還沒有被初始化，就先初始化直接超類。初始化接口并不需要初始化它的父接口。
補充：
Jvm當運行某個方法的時候，先把這個方法壓入java棧中，里面包含局部變量等信息，那么對象放入哪里呢? 壓入棧的是對象的引用， 即變量， 所有的對象都存儲在堆中。
為什么要把對象放入堆，把變量之類的數據放入棧呢? 說白了，對象太大了，存入棧中運算麻煩。(當然標準的回答不是這樣的，我這里僅僅是說明實質)
了解了這么一個過程之后，我們必然要了解垃圾回收機制了。
基本回收算法
- 引用計數：比較古老的回收算法。原理是此對象有一個引用，即增加一個計數，刪除一個引用則減少一個計數。垃圾回收時，只用收集計數為0的對象。此算法最致命的是無法處理循環(huán)引用的問題。
- 標記-清除：此算法執(zhí)行分兩階段。***階段從引用根節(jié)點開始標記所有被引用的對象，第二階段遍歷整個堆，把未標記的對象清除。此算法需要暫停整個應用，同時，會產生內存碎片。
- 復制：此算法把內存空間劃為兩個相等的區(qū)域，每次只使用其中一個區(qū)域。垃圾回收時，遍歷當前使用區(qū)域，把正在使用中的對象復制到另外一個區(qū)域中。次算法每次只處理正在使用中的對象，因此復制成本比較小，同時復制過去以后還能進行相應的內存整理，不過出現“碎片”問題。當然，此算法的缺點也是很明顯的，就是需要兩倍內存空間。
- 標記-整理：此算法結合了“標記-清除”和“復制”兩個算法的優(yōu)點。也是分兩階段，***階段從根節(jié)點開始標記所有被引用對象，第二階段遍歷整個堆，把清除未標記對象并且把存活對象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標記-清除”的碎片問題，同時也避免了“復制”算法的空間問題。
- 增量收集：實施垃圾回收算法，即：在應用進行的同時進行垃圾回收。
- 分代：基于對對象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把對象分為年青代、年老代、持久代，對不同生命周期的對象使用不同的算法(上述方式中的一個)進行回收?，F在的垃圾回收器(從J2SE1.2開始)都是使用此算法的。
原文鏈接：http://lrysir.iteye.com/blog/1153226
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